冶金渣生產微晶玻璃技術探討

金鑫

摘 要：本文介紹了微晶玻璃生產工藝及技術的發展，通過對冶金渣渣性、成分的分析，探討了冶金渣在微晶玻璃生產上的可行性。并且利用冶金渣自身所具備的顯熱型，節約微晶玻璃生產的熱量需求，從而降低成本，更加適合市場要求。同時，為冶金渣渣資源化利用提供了良好的條件，符合當今社會對環保及固廢資源循環利用的需求。

關鍵詞：微晶玻璃；冶金渣；鋼渣處理；環保；資源利用

中圖分類號：TQ171 文獻標識碼：A

0.前言

微晶玻璃是由特定組成的基礎玻璃在一定溫度下控制結晶而制得的晶粒細小并均勻分布于玻璃體中的多晶復合材料。它集中了玻璃、陶瓷兩者的特點，故又稱之為玻璃陶瓷或結晶化玻璃。

冶煉廢渣是指冶金工業生產過程中產生的各種固體廢棄物。主要指煉鐵爐中產生的高爐渣、鋼渣以及有色金屬冶煉產生的各種有色金屬渣等。

利用廢渣等固體廢棄物作為微晶玻璃制備的主要原料，符合國家發展循環經濟、節能減排、走資源綜合利用產業化道路的發展方針和政策；并且很好地解決鋼廠各類固廢資源的循環利用，一旦成功，勢必成為鋼廠提升產業競爭力、強化節能減排、環境保護和再生資源綜合利用的必然選擇。

1.冶金渣種類、成分、性質分析

1.1 高爐渣

高爐渣的產量隨冶煉技術及礦石的品位不同而變化。高爐渣屬于硅酸鹽材料。它化學性質穩定，并具有抗磨、吸水等特點，可供廣泛應用。

1.2 鋼渣

鋼渣是煉鋼過程中排出的固體廢物，包括轉爐渣、電爐渣等。主要成分是CaO、FeO、MgO、MnO（堿性氧化物）等，SiO2、P2O5、Fe2O3（酸性氧化物）等及Al2O3（兩性氧化物）。

1.3 有色金屬渣

有色金屬渣水淬后大多是呈亮黑色的致密顆粒，含有大量的硅酸鐵（鐵橄欖石），一般達60%～70%。

有色金屬渣種類繁多，目前對重金屬渣中的銅、鉛、鎳爐渣的處理和利用研究得較多，但稀有金屬渣大都未進行有效地處理和利用。

2.微晶玻璃簡介

微晶玻璃是由特定組成的基礎玻璃在一定溫度下控制結晶而制得的晶粒細小并均勻分布于玻璃體中的多晶復合材料。它集中了玻璃、陶瓷兩者的特點，故又稱之為玻璃陶瓷或結晶化玻璃。

20世紀90年代初，國內在借鑒國外發達國家（主要是日本）的先進經驗的基礎上，采用熔融燒結法研制開發的微晶玻璃裝飾板生產技術取得了突破性進展，成功地解決了基礎玻璃多項關鍵技術難題，并投入了工業化生產。

3.冶金渣生產微晶玻璃原材料可行性探討

鋼鐵行業冶金渣的主要成份以玻璃相為主，并含有少量鈣鋁硅酸鹽結晶體，是構成玻璃陶瓷的重要成份。因此利用爐渣制備微晶玻璃為爐渣的高附加值綜合利用將開辟一條有效的新途徑。

以山西義望交城義望鐵合金有限責任公司為例，該公司是世界較大的高端電爐金屬錳系列鐵合金生產企業和出口基地，年產錳鐵冶煉廢渣20多萬噸。

該鋼廠中碳錳渣化學成分分析，表1為氧化物計量結果。

（1）中碳錳渣化學成分

中碳錳渣的成分呈現出高鈣、低錳的特點。

（2）中碳錳渣物相組成，如圖1所示。

（3）中碳錳渣物相分析

由XRD物相分析可知，中碳錳渣主要是由氧化鎂、硅酸鈣和非晶態玻璃相組成，是一種典型的水淬熔渣。

根據該公司中碳錳渣的成分及物性特點，選擇六元體系為基礎體系，其中中碳錳渣在原材料中的摻量大于60%，所選用的輔料是廉價的礦物原料。在此基礎上加入少量添加劑，調控熔體特性、成型性、核化、晶化等關鍵工序，形成新型體系下的特殊組織結構。

由圖2XRD分析可知，中碳錳渣微晶玻璃的組織結構由物化性能優異的透輝石、斜輝石、鎂透輝石和殘余玻璃相組成。

從上述材質分析當中可以看出，冶金渣一般都含有大量硅酸鹽，與微晶玻璃的基礎成分非常接近，采用爐渣作為主要原料生產微晶玻璃，其利用率可高達50%以上。

4.冶金渣生產微晶玻璃工藝路線

目前，微晶玻璃的生產工藝主要有燒結法、壓延法和模鑄法，主流生產工藝為前兩種，即燒結法和壓延法，模鑄法適用于大型的、外形復雜的微晶玻璃制品的生產。

冶金渣生產微晶玻璃一般產品為建筑裝飾微晶玻璃，產品主要為平面板材，規模相對較大，擬采用生產工藝為壓延法工藝。

生產主要工藝過程如下。

（1）原料車間制備好的混合料通過皮帶機輸送至玻璃熔窯窯頭，然后經過窯頭上方的可逆皮帶機將混合料均勻地卸入窯頭料倉。將混合料均勻地推入窯內進行熔化。熱態鋼渣由渣罐車運至車間后，由行車吊起，傾倒入熔窯側壁留出的進液口，進入熔窯內與其他料液混合。

（2）熔窯卡脖處設置水平攪拌機，以提高玻璃液質量及其均勻度。冷卻部設玻璃液溫度冷風微調裝置，調節控制流道玻璃液溫度。冷卻部窯壓設自動控制系統，自動調節其空間壓力。

（3）熔化的玻璃液經澄清、均化、冷卻后，通過流液道流入成型機及壓延機。玻璃液在壓延機表面上壓延攤平展開，再通過水包、過渡輥臺形成符合寬度和厚度要求的玻璃帶，經逐漸冷卻至約750℃后進入退火窯。

（4）玻璃帶進入結晶退火窯內，按一定的溫度曲線進行調溫、均熱、升溫、徐冷和快冷等工藝過程。出退火窯后，玻璃帶溫度降至70℃～80℃左右，進入冷端切裁區。

（5）玻璃帶出退火窯后，先進入應急處理段，成形、退火過程中產生的不合格玻璃帶經切割、落板進入下方的碎玻璃臨時儲倉。

（6）半成品板材進入深加工系統，對板材表面進行研磨、拋光，使其表面平整光亮，即成為正式產品，由叉車短駁至成品庫。

5.市場前景分析

石材市場的發展存在自然資源減少、石材加工過程中產生的廢石對環境造成污染及天然石材常具有放射性等問題。隨著全球環保意識的增強，花崗石、大理石等天然石材的開采量將日趨下降。由于微晶玻璃的主要性能指標均優于天然石材，且色差小、不易吸附灰塵，易清潔維護、無放射性問題等，因而在石材市場上具有很強的競爭力。

結語

目前，國內外對于礦渣生產微晶玻璃都有一定的研究和應用。但是在利用冶金渣進行微晶玻璃制備的研究乃至實例不是很多。直接利用高溫液態冶金渣生產微晶玻璃，可以利用冶金渣的物理熱，充分利用資源，生產高附加值的材料，同時改變目前冶金渣利用困難的局面。

綜上所述，直接利用液態高溫冶金渣生產微晶玻璃的技術極具重要價值，不但能降低微晶玻璃的生產成本，而且可以有效地緩解鋼廠冶金渣資源綜合利用的瓶頸，具有很高的經濟效益和良好的社會價值。

參考文獻

[1]王靜. MgO-Al2O3-SiO2透明微晶玻璃結構與性能的研究[D].武漢理工大學，2013：16-17.